基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素,为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律,开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先,通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变,得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后,通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点,基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅,通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上,构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数,基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例,采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算,并进行了参数敏感性分析。结果表明:桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小,但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快,而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢,桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

考虑材料腐蚀的大跨径钢箱梁悬索桥疲劳可靠度分析

大跨径钢箱梁悬索桥受腐蚀疲劳影响显著,系统评估其疲劳可靠指标可极大保证其服役的安全性。文中通过ANSYS APDL建立大跨径钢箱梁悬索桥非线性结构模型,引入腐蚀疲劳抗力和荷载效应时变模型,基于RBF神经网络模型建立考虑材料腐蚀的大跨径大跨径钢箱梁悬索桥疲劳可靠度分析方法,并以典型桥梁工程为例进行疲劳可靠度评估及材料参数敏感性分析。结果表明,随着使用年限的增加,钢箱梁悬索桥桥面板和U肋位置腐蚀疲劳可靠指标逐年下降,在80年以后低于目标可靠指标3.7的要求,结构可能面临失效风险;钢材强度均值和弹性模量均值同钢箱梁悬索桥的桥面板及U肋位置腐蚀疲劳可靠指标成正比,而对应的变异系数呈反比变化。疲劳可靠度评估时应重点考虑材料参数的影响。     

基于健康监测的自锚式悬索桥钢箱梁细节疲劳可靠度研究

为了研究大跨度自锚式悬索桥的钢箱梁构造细节在随机荷载作用下的疲劳可靠度,以国内最大跨度的独塔自锚式悬索桥平胜大桥为工程背景,在健康监测应力数据的基础上,采用疲劳可靠度理论对其钢箱梁桥面板构造细节疲劳性能进行了研究。首先基于Palmegren-Miner线性累积损伤准则建立了疲劳可靠度的极限状态方程,其次基于平胜大桥健康监测的典型应力和温度数据建立了疲劳应力谱,最后分析了不同交通量增长系数下平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠度。研究结果表明:平胜大桥钢箱梁的应力数据具有低应力和高循环的特点,可基于Erucode规范和等效损伤得出等效应力幅值;平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠指标为5.274;当交通量增长系数分别为0、0.1和0.2时,平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠指标在100 a后分别下降为2.305、1.681和1.395;交通量增长系数在前期对疲劳可靠指标的影响较小,而后期对疲劳可靠指标的影响较大。     

基于监测数据的斜拉桥钢箱梁疲劳性能分析

针对大跨度斜拉桥钢箱梁疲劳问题,基于斜拉桥的健康监测数据和疲劳寿命对主梁运营状态进行评估,为大跨度斜拉桥关键构件服役状态预警提供支撑。对数据异常值、缺失等进行预处理,采用经验模态分解法及能量突变法分析信号找到阶数阈值后分离快慢变成分,并通过多元线性回归法对经验模态分解法的有效性进行验证;采用雨流计数法分析钢箱梁应力谱,根据规范计算结构疲劳寿命,并通过变权理论评价主梁状态。结果表明,经过预处理后的数据能较好地反映结构在活载作用下的受力状态;综合频幅谱的主频和本征模态函数的能量,确定应力监测数据的阶数阈值为5,快变成分为前5阶本征函数的和,慢变成分为5阶以后所有本征函数及残差的和;经验模态分解法能有效分离原始数据中的快慢变成分,为计算疲劳寿命提供数据支持;以疲劳寿命为指标,根据主梁的长期监测应力,其评分在95分以上,主梁的应力状态良好。     

车辆荷载作用下部分斜拉桥拉索疲劳可靠度研究

鉴于我国《公路斜拉桥设计规范》未对部分斜拉桥拉索的允许应力值作具体规定，因此，为定量地研究车辆荷载作用下部分斜拉桥拉索的疲劳可靠度，在分析斜拉索应力时程的基础上，依据等效疲劳损伤原理，对车辆荷载作用下部分斜拉桥拉索疲劳可靠度进行了研究。通过假定结构疲劳寿命服从威布尔分布，推导出了疲劳可靠度公式和疲劳可靠指标β值，得到了运营车辆组成的模型车辆荷载频值谱，并以某部分斜拉桥为实例进行了验证。结果表明，部分斜拉桥设计中，拉索强度允许应力值是合理的，不会对拉索产生疲劳破坏，因此，可供其他桥梁疲劳设计或疲劳损伤验算时参考。     

混凝土斜拉桥施工期的时变可靠度计算

针对斜拉桥施工期的可靠度分析中不存在显式的极限状态函数的问题,提出了一种改进的虚拟中间变量法,在标准正态空间内重构极限状态曲面;在现场调查和室内试验的基础上,分析了混凝土斜拉桥施工期的设计变量的时变规律;结合现有的桥梁施工控制分析程序,提出了混凝土斜拉桥施工期的时变可靠度的计算方法。算例结果表明:改进的虚拟中间变量法具有高效性和精确性,并且可以利用现有的桥梁施工控制计算程序,对于斜拉桥施工期的安全性评价具有重要意义。     

斜拉索腐蚀损伤下斜拉桥体系可靠度研究

拉索腐蚀疲劳累积损伤是威胁斜拉桥运营安全的关键因素,导致斜拉桥运营期的换索次数多且换索成本高。为了准确评定斜拉索腐蚀疲劳损伤对斜拉桥结构安全的影响,从结构体系可靠性角度探索拉索腐蚀疲劳损伤的概率传递模型。分析了斜拉索腐蚀疲劳损伤对结构体系可靠度的影响规律,从而为换索决策提供依据。研究结果表明,疲劳和疲劳腐蚀效应共同作用下的拉索在20 a服役期内的强度系数分别为0.928和0.751,斜拉索抗力退化将导致斜拉桥主要失效路径变化,主梁索间距为30 m的斜拉桥在服役期的13 a,主要失效模式从由主梁弯曲失效转移至斜拉索强度失效,导致后期的结构体系可靠指标快速下降。     

考虑随机交通流量的润扬大桥钢箱梁疲劳失效概率及可靠度评估

首先介绍了润扬大桥悬索桥的健康监测系统。然后对健康监测系统所监测的应力时程进行处理,得到钢箱梁疲劳应力谱,分析了应力谱的特点。利用健康监测数据评估钢箱梁的疲劳寿命时,以单天或几天平均的疲劳应力谱进行疲劳寿命评估使得疲劳寿命过大或过小。考虑到交通流量的随机性,研究了日累计损伤度分布规律,提出了考虑交通流量随机性的钢箱梁疲劳破坏失效概率及可靠度评估方法。该方法能够更精确地进行钢箱梁失效概率及可靠度评估,可为大桥的日常维护和耐久性评估提供参考依据。     

基于神经网络算法的大跨径斜拉桥随机地震效应主梁动力可靠度研究

为解决大跨径斜拉桥在随机地震作用下动力可靠度计算费时费力的问题,基于首次超越准则,构建了考虑地震随机性和结构本身参数随机性的双重随机功能函数,提出了使用神经网络算法获取结构内力响应均方根并使用线性规划优化方法求解最小可靠度的方法,并以某大跨径斜拉桥为算例进行了算法验证.计算结果表明:相比于传统的响应面法,基于神经网络算...     

采用PPC设计的斜拉桥模型疲劳试验研究

为了研究部分预应力混凝土(PPC)斜拉桥体系的抗疲劳性能,对某PC(预应力混凝土)斜拉桥的缩尺模型进行了 B类预应力混凝土的设计并进行了相关疲劳试验,从3个维度(主梁位移、索力变化、刚度)综合验证了部分预应力设计在斜拉桥设计上的可行性.研究结果表明:采用部分预应力设计的斜拉桥主梁在正常行车状态下,拉应力控制较好的情况下...     

基于混合算法的大跨度斜拉桥可靠度评估

为研究大跨度顸应力混凝土(PC)斜拉桥的可靠度评估问题,提出了适用于大跨度PC斜拉桥这类复杂结构可靠性分析的混合算法.该方法综合运用了有限元分析(FEA)、径向基函数(RBF)神经网络、遗传算法(GA)和Monte Carlo重要抽样(MCIS)方法,并对算法中的关键步骤(RBF神经网络的初始样本点设计方法、MCIS的抽样中心点位置等)进行了改进,使结构分析模块与可靠度计算模块智能结合.利用数值算例的可靠度分析对该算法的有效性进行了验证.最后,以一座主跨为420 m的双塔PC斜拉桥为工程背景,进行了正常使用极限状态下的可靠度分析.参数分析表明:在汽车荷载作用下,该斜拉桥的主梁跨中位移超限失效概率比最长斜拉索强度失效概率高;汽车荷载的均值和标准差是影响斜拉桥可靠度的重要因素;随着汽车荷载均值系数的增大,主梁跨中位移超限失效的可靠指标下降的趋势较为显著.     

曲线钢箱梁横隔板变形对焊缝细节疲劳应力的影响研究北大核心

为了研究横隔板变形对曲线钢箱梁桥焊缝细节疲劳应力的影响,以某三跨连续钢箱梁高架桥为背景,建立正常横隔板和变形横隔板的钢箱梁模型,针对横隔板分别与U肋、腹板加劲肋、底板开口肋连接焊缝3处细节,研究横隔板变形对各细节应力影响面和最不利工况下应力状态的影响,对比面内、外应力对各细节疲劳损伤的贡献。结果表明:横隔板变形对横隔板-腹板加劲肋细节和横隔板-底板开口肋细节应力影响范围和最不利位置影响显著,并且会导致各疲劳细节的拉应力和压应力有较大增幅,相对于正常横隔板而言更容易产生疲劳损伤;横隔板变形会导致各细节面外应力占比增大,促使面外应力成为各连接焊缝疲劳损伤的主要因素。     

新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节疲劳性能试验（双语出版）

为了提高正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊接构造细节的疲劳性能,提出了一种新型镦边纵肋与顶板连接构造细节,该构造细节通过局部镦厚与顶板连接部位的纵肋腹板,增大连接焊缝截面尺寸和局部刚度,从而减小该焊缝连接部位的应力集中程度,以实现提高纵肋与顶板焊接构造细节的疲劳性能的目的。作为一种新型焊接构造细节,其实际疲劳破坏模式和疲劳抗力均有待研究确定,为验证这一新型构造细节在改善纵肋与顶板焊接构造细节疲劳性能方面的有效性并确定其实际疲劳破坏模式和疲劳抗力,设计2组共7个足尺节段模型进行疲劳试验,对新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节和传统纵肋与顶板焊接构造细节进行对比试验和理论研究。研究结果表明：控制2类构造细节的主导疲劳破坏模式均为萌生于焊根、沿顶板开裂的疲劳破坏模式;该疲劳破坏模式下新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节和传统纵肋与顶板焊接构造细节的疲劳性能基本一致,新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节对于该疲劳破坏模式下的实际疲劳性能无明显的改善效果;切口应力法适用于该构造细节焊根的疲劳性能评估,从便于工程应用的角度考虑,距离顶板焊趾5 mm处的应力值亦可作为纵肋与顶板焊接细节疲劳性能评估的依据。     

基于神经网络技术的斜拉桥损伤分步识别方法

结合神经网络技术进行了斜拉桥损伤分步识别的系统性研究,提出了具体的斜拉桥损伤分步识别过程,给出了每一识别步骤中适当的损伤识别参数.可实现斜拉桥主要构件即拉索和主梁中损伤的有效识别.采用概率神经网络确定损伤构件的类型,采用径向基函数(RBF)网络实现损伤的定位定量分析.针对润扬大桥斜拉桥的损伤模拟分析表明:将测试数据进行平均计算可以大大降低噪声对于概率神经网络识别结果的影响;噪声水平对2个径向基函数网络的损伤位置和损伤程度的识别能力方面的影响较小.采用不同的神经网络分阶段实现大跨斜拉桥的损伤识别,不仅提高了损伤识别的效率和准确性,而且增强了损伤识别方法在实际结构中应用的可行性.     

基于BP神经网络-GSL&PS-PGSA的多塔斜拉桥成桥索力优化研究

为研究多塔斜拉桥成桥索力优化问题,以克罗地亚佩列沙茨大桥6塔中央单索面钢箱梁矮塔斜拉桥为研究背景,基于BP神经网络,引入了GSL&PS-PGSA(生长空间限定与并行搜索的算法组合),建立了以主梁最小弯曲应变能为目标函数的优化模型,提出了一种基于BP神经网络-GSL&PS-PGSA的多塔斜拉桥成桥索力优化方法,解决了易陷入局部最优的缺点,提高了搜索速率、迭代收敛效率和全局寻优能力,对背景桥梁成桥索力进行了优化研究。研究结果表明,优化前后索力最大变化幅度为10.4%,优化后各相邻索力差更为均匀,主梁受力分布更为合理;优化前后主梁变形最大变化幅度为-27.8%,优化后主梁线形更为平缓;验证了基于BP神经网络-GSL&PS-PGSA的多塔斜拉桥成桥索力优化方法的可靠性与精确性。     

铺装层对钢桥面板纵肋连接细节疲劳性能的影响

钢桥面板疲劳问题是目前钢桥研究的热点课题之一,其中面板纵肋连接细节是钢桥面板危害较严重的疲劳细节。铺装层与面板共同受力决定面板纵肋连接细节的疲劳应力。为分析铺装层对该细节的影响,以国内某大跨度钢桥为对象,建立了疲劳分析有限元模型。计算结果表明：当钢桥面板厚度为16mm时,考虑铺装层受力后,面板纵肋连接细节最大疲劳应力幅由45.3MPa降低至36.7MPa。不同季节造成的铺装层刚度变化对该细节疲劳性能的影响不能忽略。     

大跨斜拉桥扁平钢箱梁损伤定位指标的噪声鲁棒性比较研究

以润扬大桥斜拉桥的扁平钢箱梁结构为分析对象,采用子结构方法将扁平钢箱梁结构的整体尺度动力特性和细节尺度构件损伤相互衔接实现多尺度损伤分析。在此基础上对模态曲率、模态应变能、模态柔度和斜拉索索力等4类结构损伤定位指标的抗噪声干扰能力进行了对比分析。分析结果表明,模态应变能和模态柔度对于扁平钢箱梁结构损伤定位具有较好的互补性,将其相结合对扁平钢箱梁主跨和边跨的损伤识别具有较好的抗噪声干扰能力。     

基于监测的中小跨径钢箱梁箱内涂层腐蚀可能性研究

为研究中小跨径钢箱梁桥内部涂层锈蚀问题,依托实体工程,采用监测技术对中小跨径钢箱梁箱内环境特点展开了研究,基于监测结果对箱内涂层腐蚀可能性进行了定量分析。结果表明:箱内部由于空气流动性差,箱内温度长时间高于箱外,降温时内表面容易有冷凝水附着,且附着时长约为箱外的100倍,易诱发涂层基底钢材腐蚀,对箱内涂层耐久性不利。建议管养单位在管养过程中应重视箱内部养护维修工作,相关除湿工作尽量安排在秋冬季节。     

装配式木结构钢夹板螺栓连接抗剪性能（双语出版）

为深刻认识装配式木结构钢夹板螺栓连接的抗剪性能,准确计算其抗剪承载力,针对装配式木结构中胶合木-钢夹板螺栓连接件的构造特点,考虑胶合木厚度与螺栓直径之比（厚径比）、螺栓间距及螺栓并列、错列布置3个因素的影响,设计了3类17组共51个推出试件,并进行了纵向荷载作用下胶合木-钢夹板螺栓连接件的抗剪性能试验。采用推出试验与有限元数值模拟相结合的方法,探讨了胶合木-钢夹板螺栓连接件的剪切破坏机理和螺栓垫片对其抗剪性能的影响。结果表明：胶合木-钢夹板单螺栓连接中,随厚径比的增大,螺栓连接的破坏模式逐渐由"单铰"向"双铰"转化,最佳厚径比为7.5;在多螺栓连接中,螺栓从上至下的弯曲程度呈递减规律,且部分胶合木出现销槽承压破坏;随着螺栓布置间距的增大,连接件的抗剪承载力呈增大趋势,而初始刚度呈减小趋势;随着螺栓布置列数的增加,连接件的胶合木由沿中间单列螺栓劈裂破坏向两边列螺栓劈裂破坏转变,2列布置构件的延性最佳;在螺栓数目相同时,螺栓错列布置的抗剪承载力比并列布置的高,但并列布置的延性性能优于错列布置;钢夹板螺栓连接件抗剪承载力的有限元计算结果与试验结果吻合良好,而各国规范公式计算结果则偏于保守;螺栓垫片对连接件抗剪性能的影响较小。     

基于等效疲劳车的正交异性钢桥面板疲劳寿命评估研究

合理评估正交异性钢桥面板疲劳寿命,以指导新建钢桥建设及既有钢桥管养,成为当前桥梁可持续发展的重大需求。准确、合理的疲劳荷载是钢桥面板疲劳寿命评估的基础,然而在目前我国钢桥规范中,钢桥面板疲劳荷载采用的是一辆固定总重的四轴标准疲劳车,也没有给出具体钢桥面板疲劳寿命评估过程。对此,基于应力～寿命分析法,制订了一种基于等效疲劳车的钢桥面板疲劳寿命评估过程,并以武汉军山大桥和云南金安金沙江大桥为例,开展了正交异性钢桥面板疲劳寿命评估研究,研究结果表明:军山大桥与金安大桥合理等效疲劳车总重约是标准疲劳车的3.0倍与1.4倍。